传感器转换电路仿真及应变转换电路设计

1、燕山大学课程设计说明书题目：传感器转换电路仿真及应变转换电路设计燕山大学课程设计说明书共页第页目录示例目 录 TOC o 1-5 h z 第1章摘要 5第2章引言 5第3章基本原理 6第4章 传感器转换电路设计 -15第5章误差分析 18第6章结论及心得体会 19参考文献 19第一章摘要传感器是科学仪器、自动控制系统中信息获取的首要环节和关 键技术，是先进国家优先发展的重要基础性技术。 传感器与通信技 术和计算机技术构成了信息技术的三大支柱。第二章引言传感器是能感受规定的被测量并按照一定的规律转换成可用 输出信号的器件或装置。电阻应变片从诞生至今已有七十多年了，应变片的品种规格已 达两万多种，

2、各种应变式传感器也种类繁多。应变片在大坝、桥梁、 建筑、航天飞机、船舶结构、发电设备等工程结构的应力测量和健 康监测中至今仍是应用最广泛和最有效的。 除直接测量工程结构的 应力应变外，电阻应变片配合各种弹性元件可制造成测力、称重、 检测压强、扭矩、位移和加速度等物理量的传感器， 在工业自动化 检测和控制、电子衡器等领域应用广泛。应变式传感器也称应变片。电阻应变片的工作原理是基于导体 的电阻应变效应，将测量物体的变形转换为电阻变化的传感器。 当 金属丝在外力的作用下发生机械变形时， 其电阻将发生变化，这种 现象称为金属电阻的电阻应变效应。 应变式传感器类型有：金属丝 式应变片，金属箔式应变片，金

3、属薄膜应变片三种。特点： 1、可 测量微应变1-2um,且精度高、性能稳定；2、尺寸小、重量轻、结构简单响应快；3、测量范围大；4、环境要求不高；5、便于多 点测量。第三章 基本原理(传感器转换电路仿真调试及原理分析)一、比例放大电路1&W3W 10MS根据运算放大器的“虚短”得ui uu uuuo*R/(R R2)uo ui *( Ri R2)/Ri如上图令输入电压为 5V,经过同相比例放大后，输出电压为10V,电压增益为2。除了同相比例放大电路，还有反相比例放大电路、求差电路、求和电路。、差动放大电路如图中把滑线变阻器Rw看作是差动的两臂（左右移动时，正好类似于传感器差动接法电阻变化量）的

4、电阻，由其中间的引线引 出接入输出端。假设滑线变阻器引线在正好中间的位置， 设此时引入相邻差动两臂的电阻均为Ro ,当中间引线向右移动时，其左臂电阻变为RoR ,右臂变为R0R ,则此时电路的输出电压(RoRRM”R0R R0RR1R2设初始时，R R2 Ro R那么上式便可化简为Uo U?J 32 2R 2 RR2 RW Ro R 1K ,当滑线变阻器中间引线向右移动22%Rw即电阻变化80, UoUS2 , R380 T3 ? T T32 102 1060mV。三、二阶低通滤波器电路二阶压控电压源低通滤波器的传递函数如下4U0(S) _ r/wgU7F7 =+ Rg + 7?：C；(1 1

5、一RRCC2t?gggr.r2cc2s2+r2c2 +rc2 + &g(i-4f)s+iR方C . (R x + A T ) + A I。1(1则有%(S)二 4 二 4Ma (jL)2+LjL+i 2+2s+.以。叫。上式为二阶低通滤波器传递函数的典型表达式。其中n为特征角频率，而Q则称为等效品质因数。二阶有源低通滤波幅频特性如下图五、交流电桥电路交流电桥的原理与直流电桥的基本原理是一样的，只是除考虑幅值的变化外还需考虑相位的变化,Z2Z3Z4j C31j C417-C71j C2RiR2ei 1Z2 eiR3eiR4Z4 ei则有Ui(ZiZ2RZ3Z3Z4电路平衡条件为乙Z3 Z2Z41

6、324即满足模积相等的同时还得满足相角和相等。七、F-V电路 XK1当输入信号频率发生变化时，振荡器的震荡频率就发生变化。虽然可以直接将频率作为测量系统的输出量，用以测定非电量的大 小，但此时系统是非线性的，不易矫正，因此加入鉴频器，将频率 的变化转换为振幅的变化，经过放大器放大就可以输出显示。第四章传感器转换电路设计:例 O5cilloscope-XSCl|T1T1T2鹿间寸no时间 l.lTCs 1.170 5 0.000 s通道A910.399 mV910.399 mV0.000 V反向保存Ext. Trigger通道口比例|10gOvX位置|。WT I b/a a/b I比例I5叱Y&

7、S 0ac| 0 |dT 0触发 边沿 电平类型正弦标淮|自动|无电路的第一部分为单臂电桥并且有滑线变阻器作为调零机构，在附加应变片时应变片的阻值可能并不是理想的阻值， 这时就需要 调零机构调节电桥阻值，使初始时电桥输出为零。电桥部分已经在 前面讨论过，这里不再详细论述。电路的第二部分为一个求差电路，其实际上是一个反相比例放大电路与一个同相比例放大电路的叠加，此时电路的输出电压UoR7R4(-4)(R4R6R5R6R7 )Vi1-7Vi2R4当满足R6R4R5时，（1）可化简为UoR7(ViiVi3)R4、，、，Ui c R Vcc Veec RVi1 Vi3 ?ccEE?4 R 4 R与(3

8、)联立，得R7VCC VeeRR44 R(1)第五章误差分析电路中的Vil、Vi2及Uo ,把结果带入第四章中的（2）式得R7 1136 ,与理论分析旦1024比较接近，但还是存在一定的误R4R4差，造成实验误差的原因可能是因为电路中的元器件并不是理想情况下的器件，同时由于单臂电桥中存在非线性误差，即由于小 1 2R（2R）2 L非线性误差为 ?一RR/2RR RR 2 , Rl1() L 1 R/2R 2R 2R 2R2R非线性误差经过后面的放大电路放大会变得很大影响实验的最终 结果。第六章结论及心得体会通过以上设计分析，应变片的转换电路设计基本完成。经过两周的传感器课设，不光对传感器有了更深的知识了解， 也学会了一些软件的使用，对传感器的设计应用有了初步的掌握。 仿真软件的练习、转换电路仿真调试分析、传感器转换电路的焊接,